盐胁迫下Pseudomonas sp. JP1-10促进花生生长与根系分枝的温室效应研究

《Microbiology Research》：Pseudomonas sp. JP1-10 Promotes Peanut Growth and Root Branching Across Greenhouse Salinity Conditions

　　

微生物接种可能支持作物在盐胁迫下的生长，但需将一般性促生长效应与盐度依赖性响应加以区分。本研究在温室条件下，于0、2.5和5 g NaCl kg?1干土的盐度梯度中评估了Pseudomonas sp. JP1-10对花生的作用。研究人员在接种后第30天和第60天测定了生长、抗氧化响应及根际土壤性质；第60天评估根系构型和组织离子含量；成熟期测定生殖器官鲜重。接种处理在整个盐度梯度上与更高的地上部和根部鲜重及更长的主根相关。根尖数增加57.49%–86.52%，侧根数增加95.33%–107.23%，且分枝响应具有盐度依赖性。记录的地上部和根部离子数值表明，盐胁迫下接种处理Na含量较低，K含量及K/Na质量比更高，但这些数值向绝对组织浓度的换算仍需验证。抗氧化响应随组织和采样时间而异。在盐处理中，接种处理的根际有效K和Fe含量较高，电导率（EC）较低。荚果鲜重总体增加1.07 g plant?1，但未观察到盐度×接种互作效应。在三种盐度水平下，接种处理的百荚鲜重和百仁鲜重均较高，且存在盐度×接种互作效应。这些探索性研究结果支持一般性促生长效应，并确定根系分枝和荚果鲜重为与接种相关的显著响应。

一、研究背景与问题

土壤盐渍化通过渗透胁迫、Na毒性、养分失衡和氧化损伤的综合作用限制作物生产力。花生（Arachis hypogaea L.）作为重要的油料和食用作物，其早期建植、根系活性、生殖发育和产量形成对盐胁迫高度敏感。因此，改善根系功能、养分获取和K⁺/Na⁺选择性对盐渍土中的花生生产具有重要意义。

植物促生根际细菌（PGPR）可通过植物激素产生、养分活化及激活植物胁迫防御来改善作物表现。耐盐Pseudomonas菌株作为接种剂在花生及其他作物中与根系发育改善和盐害减轻相关。然而，许多菌株评估研究仅关注促生长效应，未整合根系构型、组织离子组成、抗氧化响应、根际养分有效性和生殖性状。此外，Pseudomonas接种后营养生长的改善究竟反映一般性促生长效应还是依赖于盐度的响应，以及根系分枝和生殖表现是否在同一实验框架内变化，仍不清楚。

为填补这一空白，研究人员采用盐度×接种因子设计，将第60天测定的分枝性状与组织离子组成、抗氧化响应、根际性质及成熟期荚果鲜重相结合，以分别检验一般性和盐度依赖性接种效应。JP1-10因近全长16S rRNA基因测序无法在密切相关的Pseudomonas类群中可靠解析种水平身份，被保守地命名为Pseudomonas sp. JP1-10。研究假设接种可改善盐胁迫下花生表现，并伴随根系发育、组织离子平衡、抗氧化活性和根际养分有效性的变化。

二、研究设计与主要技术方法

温室实验在江苏省丘陵地区农业科学研究所进行，供试花生品种为泰花5号，土壤采自该研究所，未灭菌、未施肥。实验设置3个盐度水平（0、2.5和5 g NaCl kg^?1干土）和2个接种水平（未接种对照CK和JP1-10），共180盆，完全随机排列。JP1-10分离自江苏省连云港市青口水稻试验基地碱蓬属植物根际土壤，通过Salkowski比色法初步筛选吲哚类化合物产生能力，经16S rRNA基因扩增和Sanger测序进行鉴定，菌株保藏于中国普通微生物菌种保藏中心（CGMCC No. 33318），测序数据已存入基因组序列档案库（CRA046863）。接种采用根际灌溉方式，出苗后7天和14天各施一次，浓度为1×10⁸ CFU mL^?1。

主要技术方法包括：SPAD-502Plus叶绿素计测定SPAD值；GXY-A根系扫描分析系统量化根系构型参数；电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）测定组织Fe、Ca、Mg、Na、K含量；商业试剂盒测定丙二醛（MDA）含量及超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、过氧化物酶（POD）活性；火焰光度法和原子吸收分光光度法分别测定根际有效K和有效Fe；1:5土水比悬浮液测定pH和电导率（EC）。统计分析采用普通最小二乘模型，以Benjamini–Hochberg（BH）假发现率校正控制多重比较，并采用HC3协方差估计和限制性wild bootstrap进行敏感性分析。

三、研究结果

3.1 生长与鲜重

盐度降低了两时间点的SPAD值、茎粗、株高、地上部鲜重、根部鲜重和主根长。经典因子检验支持全部12个生长结果组合的接种主效应，其中11个在HC3和wild bootstrap分析中均获支持。第30天地上部鲜重接种后增加11.53%、17.50%和29.20%，根部鲜重增加8.82%、11.25%和11.25%，主根长增加11.48%、17.06%和14.56%（对应0、2.5和5 g NaCl kg^?1）。所有生长性状均未显示盐度×接种互作。

3.2 根系分枝

接种与更大的根系分枝相关。根表面积、根尖数和侧根数的盐度×接种互作在全局多重校正和两种敏感性分析中均获支持。根尖数增加86.52%、57.49%和76.73%，侧根数增加99.24%、95.33%和107.23%。根表面积增加48.80%、26.48%和18.19%。总根长和根体积无互作。根系分枝是接种最明确的构型响应。

3.3 组织离子与K/Na质量比

接种后地上部和根部Fe、Ca、Mg记录值均高于对应盐度水平的对照。相对增幅为：地上部Fe 15.97%–22.23%，根部Fe 12.29%–23.81%，地上部Ca 12.92%–20.52%，根部Ca 9.36%–14.77%，地上部Mg 11.50%–16.64%，根部Mg 2.74%–11.70%。根部Mg和Ca存在盐度×接种互作。盐度增加与两种组织中更高的Na值和更低的K值及K/Na质量比相关。在2.5和5 g kg^?1 NaCl下，接种植物地上部和根部Na均值低于对照，K值和K/Na比更高。常规双因素方差分析（ANOVA）检测到两种组织Na、K和K/Na的盐度×接种互作，但根部K互作的支持取决于统计方法。

3.4 脂质过氧化与抗氧化响应

NaCl添加增加了两时间点根和叶的MDA含量。第30天接种使根部MDA降低20.01%–30.02%，叶部降低12.00%–16.67%；第60天相应降低为16.67%–21.75%和8.34%–15.00%。MDA总体接种效应显著，无盐度×接种互作。SOD活性接种后普遍升高，盐处理下根和叶SOD活性显著增加。CAT和POD活性在两种组织、两种盐处理、两时间点均显著增加。CAT活性第30和60天根部增加4.01%–5.44%和3.72%–3.91%，叶部增加8.96%–13.27%和6.18%–11.18%。POD活性根部增加7.56%–9.65%和8.98%–9.81%，叶部增加10.66%–11.70%和9.87%–11.69%。两种酶的盐度依赖性接种响应在两时间点均获支持。

3.5 根际养分与电导率

接种在2.5和5 g NaCl kg^?1下显著降低两时间点根际EC，盐度×接种互作显著。接种显著增加有效K（第30天12.82%–14.75%，第60天14.42%–25.64%）和有效Fe（12.54%–17.05%和12.97%–18.10%）。有效K响应在第60天具有盐度依赖性。

3.6 荚果与籽仁鲜重

盐度降低单株荚果鲜重。总体接种效应获支持（F_1,18 = 12.72，p = 0.0022），估计边际增加1.07 g plant^?1，无盐度×接种互作。百荚鲜重增加16.05%、17.65%和11.50%，百仁鲜重增加15.22%、26.03%和36.05%，全部六个盐度内对比均满足Bonferroni和全局BH标准。百荚鲜重（F_2,18 = 39.26，p = 2.73 × 10^?7）和百仁鲜重（F_2,18 = 10.36，p = 0.0010）的盐度×接种互作均获支持。

四、讨论与结论

根尖数和侧根数增加是JP1-10最一致的构型响应，在全部三个盐度水平下均获支持。接种还与组织离子平衡变化相关，记录值提示盐胁迫下Na降低、K和K/Na比升高。抗氧化响应与既往花生接种研究存在异同，POD活性在本实验中总体升高，说明酶响应在不同接种剂和环境间不必一致变化。根际有效K和Fe升高与组织营养变化并存，但不构成微生物养分活化的因果证据。

研究存在多项局限：组织离子绝对浓度换算未验证；EC为1:5土水比测定而非饱和浸提液电导率（ECe），EC降低不能解释为脱盐；物种身份仅基于16S rRNA基因分析尚未解析；缺乏分析空白、回收率、参考物质结果和批内精密度记录；未保留唯一物理盆标识和完整分配台账；生殖鲜重未标准化水分；细菌耐盐性、定殖、持久性和生物安全性未直接测定。

结论：接种Pseudomonas sp. JP1-10与所测温室盐度条件下花生生长增加相关。第60天根尖数和侧根数增加显著且一致，组织离子组成和抗氧化活性呈现伴随变化。单株荚果鲜重总体增加，但未建立盐度×接种互作或盐度特异性调整后增加。百荚和百仁鲜重在三种盐度下均增加，存在支持的盐度×接种互作。这些发现支持一般性促生长效应及根系分枝和生殖鲜重的终点特异性响应，但未建立标准化干产量改善或因果性盐保护机制。物种身份、定殖、生物安全性和田间有效性需进一步评估。